高铁动车弓网信号对无线通信系统的干扰研究

无线通信系统在高铁运行环境中受到电磁干扰,其主要干扰源来自动车受电弓与电气化接触导线短时相离产生的辐射信号即弓网离线信号。为弄清弓网离线信号辐射主要频段,通过对动车监测采集了大量数据,借助仿真软件对数据进行分析处理,得到频域和时域图表,找到弓网信号辐射区域集中在0.3～1 GHz频率范围,即弓网离线辐射信号处于该频段对无线通信系统干扰最大。这一研究成果为针对性采取电磁防干扰措施提供了重要依据。     

动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型研究

基于接触线的振动微分方程,得到弓网离线时放电电弧等效电路时变电阻和时变电感与动车组速度的关系,在此基础上结合动车组牵引供电系统等效电路,建立动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型.通过Matlab/Simulink仿真软件得到不同傅里叶级数下弓网离线时动车组车体馈电端骚扰电压的仿真波形,并与实测结果对比.结果表明:取傅里叶级数大于4即可保证仿真的准确性,验证了模型的正确性;弓网离线产生的骚扰电压呈周期性变化,动车组的速度越高,骚扰电压的变化周期越短,而放电频率和骚扰电压幅值越大,骚扰电压与动车组速度为指数函数关系.     

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。     

电气化铁道脉冲电磁骚扰的Simulink模型

从分析电气化铁道弓网电火花的形成机理及条件人手,介绍在Simulink仿真环境中对该复杂条件模型的建模方法.模型由离线事件模拟器、放电电压条件判决器、触发源等模块组成,将机车车速、定位点跨距、弓网接触压力、受电弓质量、离线概率等诸多因素作为仿真的输入参数,能反映出机车运行时弓网间电火花噪声的动态变化.在此模型的基础上进行仿真并统计噪声的幅度概率分布.本文的研究为分析预测电气化铁道脉冲电磁骚扰对无线通信系统的干扰等问题提供了计算机仿真模型.在获取电气化铁路实际典型工况噪声采样的基础上,使用该模型可以对电气化铁道脉冲电磁骚扰进行普适性的模拟和研究,在一定程度上可以替代周期长、成本高的路测试验.     

城市轨道交通弓网离线电弧特性研究

为了研究弓网电弧产生机理,基于实验室条件搭建弓网离线模拟试验平台,通过改变离线间距、电流、负载等参数,研究不同离线状态下弓网直流电弧特性。     

弓网电弧对机场终端全向信标台电磁骚扰的影响

选取高速电气化铁路电分相、锚段关节和普通点3个典型位置,采用点频测试和峰值、准峰值、平均值检波方式,在机场终端全向信标台(TVOR)的工作频段内开展弓网离线电弧电磁辐射测试;以某电气化铁路线路垂直下穿机场跑道为例,研究弓网离线电弧对TVOR的电磁骚扰影响。结果表明:电分相处的弓网离线电弧电磁骚扰最大,在频率为110 MHz时峰值检波的10m法值达89.4dBμV·m-1;普通点和锚段关节处的弓网离线电弧电磁辐射不会对TVOR产生影响,即便拉弧点位于铁路线路与机场跑道交叉点处,仍能满足防护率的要求,而电分相处拉弧点距铁路线路与飞机跑道交叉点的距离大于236m时,才能满足防护率要求。研究结果能够为机场区域轨道交通和机场航空的电磁兼容性设计提供依据。     

弓网分离时刻牵引电流相位对弓网离线电磁骚扰影响研究

弓网离线电弧引起的电磁辐射，是列控系统主要的电磁骚扰源之一。为研究弓网离线时刻牵引电流相位对弓网离线电磁辐射特性的影响，在实验室中搭建弓网分离时刻电流相位可控的低压大电流弓网离线拉弧模拟试验平台，同步采集不同离线相位下的电弧电压、电弧电流及电磁辐射的时域波形数据，通过对电磁辐射时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），分析离线相位对电磁辐射信号频域特性的影响规律。结果表明：弓网离线拉弧放电过程中，起弧和熄弧时刻的电磁辐射通常大于稳定燃弧时的电磁辐射；离线拉弧电磁辐射主要频段的中心频率约为4,7,15和25 MHz左右，且不同频段电磁辐射强度与弓网分离时刻的牵引电流相位相关，4和7 MHz骚扰信号峰值出现在270°相位发生离线时，15 MHz骚扰信号峰值出现在234°相位发生离线时，25 MHz骚扰信号峰值出现在306°相位发生离线时；离线时刻相位的随机性是导致弓网离线干扰故障随机性的重要原因之一。试验结果对于搭建测试平台进行故障复现、研究过分相区断路器的分合闸控制策略以降低电磁骚扰，具有一定的借鉴和启发。     

高速铁路弓网离线过电压对车体电位的影响

基于现场采集的阻抗参数，建立高速铁路“网-车-轨”牵引供电系统等效电路模型，进而建立包含弓网电弧仿真模型的“网-车-轨”三位一体的牵引供电系统有限元模型，并通过与实测升弓过电压进行对比，验证有限元模型的可靠性；将由等效电路模型计算得到的电压激励加载在有限元模型上，调整列车运行速度和弓网离线时间，分析其对弓网电弧发展的影响，研究弓网中离线和大离线工况下的过电压特性和不同接地方式下的车体电位和磁场分布。结果表明：当列车运行速度较大且弓网离线时间大于200 ms时，易发生弓网完全离线，并产生较高车体过电压；车速为300 km·h^-1时，弓网离线导致的车体过电压达6.45 kV；车底主要区域对地电位高于2 kV，磁感应强度峰值为3.8 mT；通过增加3车保护接地数量，提高车体过电压的泄放能力，使车顶-轴端过电压降至5.47 kV，最大磁感应强度降至2.6 mT，车底区域磁场分布更加均匀，有效地抑制了车体过电压，改善了车载设备的电磁工作环境。     

高速铁路弓网电弧抑制方法的研究

弓网电弧问题是制约电气化铁道提速的主要原因之一,为此本文提出了一种弓网电弧的抑制方法.通过在车载变压器高压侧并联一个适当大小的电容,降低电源及回路电感中能量在电弧中的消耗.基于MATLAB/Simulink仿真工具提供的通用模块,建立了牵引供电系统产生电弧的模型,并进行仿真分析.最后表明,当并联到车载变压器高压侧电容值取为8.3μF时,可以使弓网电弧的能量消耗降低40%,过电压降低30%.     

动车组弓网离线电磁干扰研究

随着动车组列车运行速度的提升,弓网耦合振动加剧,弓网离线产生的电磁辐射更加剧烈,可能会对车载通信信号造成干扰,严重时可能造成通信中断,威胁列车运行安全。因此,有必要对弓网离线电磁干扰进行研究。建立接触网-受电弓-车厢有限元分析模型,研究离线电弧产生的电磁波在车体各部位的分布规律。结果表明:弓网离线电弧电磁波沿列车行驶方向衰减迅速,在受电弓所在车厢正下方电场强度最大,车厢内最大电场强度为11.1 V/m。该结论可为抑制弓网离线电磁干扰提供一定的理论基础。     

基于弧声信号特征的弓网电弧检测方法

文章提出了一种基于弧声信号分析的弓网电弧检测方法。列车运行声信号中包含着较多的环境噪声干扰声音,因此先经过降噪滤波处理,突出弓网离线电弧声音,然后通过对处理后声信号的傅里叶分析和能量计算,得到弓网电弧声信号的频率特征和能量特征。研究结果表明,电弧声频带较宽,分布在5~17 k Hz,在短时平均能量的计算中,弧声能量与刹车声能量、背景噪声能量有明显差异。弓网电弧的弧声可反映弓网电弧的发生时刻、持续时间、离线率、燃弧强度等信息,实现对弓网电弧的有效检测。     

负载特性对弓网电弧能量的影响

随着列车运行速度的提高,弓网离线现象愈来愈严重,弓网电弧频繁发生,弓网电弧烧蚀受电弓滑板和接触网导线,其烧蚀程度与弓网电弧能节的大小密切相关.利用弓网电弧模拟试验系统研究不同负载功率因数、牵引电流时弓网电弧的电压电流,分析弓网电弧的平均燃弧时间与牵引电流和负载功率因数的关系、弓网电弧能量与负载功率因数的关系.研究结果表...     

地铁非接触式弓网电弧检测参数分析

基于弓网离线时刻电弧产生的机理,提取电弧发生时刻弧光特征量——(250±10)nm波段的紫外光作为在线检测目标,研制出了一套非接触式弓网电弧检测装置。通过现场检测采集广州地铁2号线弓网电弧数据,利用Matlab软件对检测数据进行分析。结果表明,电弧的发生导致列车牵引电流中0~50 Hz谐波含量明显增加。     

基于弓网电弧动态模型的高速列车弓网电弧产生机理

分析了高速列车弓网电弧产生的机理,结合受电弓和接触网间的离线时间、材料缺陷、电腐蚀等问题,解析了弓网电弧与高速列车安全的关联机制。依据电弧理论的动态模型算法,推导了Cassie模型和Mayr模型的理论公式,并论述了这两种模型的适用条件和应用范围。提出了高速列车弓网电弧方面目前仍存在的问题及未来电弧研究的展望。     

列车运行速度对弓网电弧电气特性的影响研究

列车速度的提高加剧弓网电弧的产生,影响高速铁路的安全稳定运行。基于经典的Cassie和Mayr电弧模型,考虑电弧长度、列车速度对电弧横向吹弧耗散功率的影响,对Cassie-Mayr串联电弧模型进行改进;通过模拟实验和仿真结果对比,验证模型的正确性。建立牵引供电系统实际参数模型,分析离线时间和列车运行速度对电弧电压、电流的影响;对比列车速度为100、400 km/h时的弓网电弧伏安特性曲线。结果表明,弓网电弧电压随离线时间、列车速度的增大而增大。当燃弧时间0～100 ms内、运行速度为100 km/h时,起弧电压幅值从35 V增大到137 V;当速度增大至400 km/h,起弧电压从37 V增大到386 V。     

基于DSP的电弧式弓网离线检测系统

利用电气化铁路中弓网离线电弧的光谱特性,设计了一种应用紫外传感器和DSP技术相结合的检测系统,实现了对弓网电弧的非接触检测,从而得到准确的弓网离线情况,并且对系统的硬件及软件进行了设计,最后对系统仍需完善的部分进行了总结.     

电气化列车RS-485总线应用可靠性研究

电气化列车控制监视系统(TCMS)具有传输距离远、节点多、电磁环境恶劣等特点,RS-485总线是TCMS重要组成部分,保证其可靠、有效的工作对列车安全、平稳运行意义重大。结合现场实测以及Ansoft Maxwell 14软件仿真,对电气化列车RS-485总线网络传输可靠性进行研究,分析了离线电弧放电对RS-485总线干扰的原因。结果表明:离线电弧激发强磁场使车体电位不等,导致其共模干扰电压提高,从而使信息传输掉包。     

基于能量守恒的弓网电弧建模研究

按照弓网电弧能量守恒微分方程,建立简单有效的弓网电弧确定性模型。在对牵引供电系统各组成部分进行参数计算的基础上,建立了牵引供电简化电路模型。将提出的弓网电弧模型以电流控制电压源形式直接接入牵引供电测试系统,对弓网电弧引起的电压波动问题进行仿真分析。仿真结果与实际系统动态特性完全相符,从而验证了模型的正确性。该仿真模型的建立,为理解弓网电弧非线性时变特性,研究弓网电弧导致的电力机车受流质量问题,进行谐波治理与弓网电弧抑制研究提供了研究基础。     

武广高速铁路轨旁电磁干扰实测及分析

研究了GB/T 24338-2标准中关于分辨率带宽(RBW)的规定。通过实验对比了标准推荐的RBW及实地测试使用的RBW的测试效果,结果证明两者测量干扰峰值效果相同,但后者扫描速度更快,更适宜测试现今高速铁路的电磁干扰。并在武广高速铁路咸宁段电分相处实地测试运行中的CRH3型高速列车的弓网离线电弧电磁干扰,获得其在30 MHz~1 GHz的频谱。通过频谱分析了高速列车弓网离线电弧电磁干扰的幅频特性,为评估弓网离线电弧电磁干扰对高速列车的影响提供依据。     

弓网电弧磁流体动力学模型

弓网电弧在接触面上产生的瞬时高温是造成接触面材料烧蚀的主要原因。研究弓网电弧的温度分布特征,有助于改进接触面材料,增强其耐电弧侵蚀能力,进而提高弓网系统服役性能。本文基于磁流体动力学(MHD)理论,考虑电弧的物理参数以及电磁、热和辐射等现象,建立弓网电弧数学模型。通过对流体力学计算软件FLUENT进行二次开发,计算了静态弓网电弧弧柱区域和两极板表面的温度分布。结果表明:电弧极板表面温度低于电弧弧柱温度,受电弓滑板表面温度高于接触网导线表面温度;提高滑板材料的热导率能够有效降低电弧发生时受电弓滑板表面的温度。